WO2017129503A1 - Optisches system zum beeinflussen der lichtabgabe einer lichtquelle - Google Patents

Optisches system zum beeinflussen der lichtabgabe einer lichtquelle Download PDF

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WO2017129503A1
WO2017129503A1 PCT/EP2017/051273 EP2017051273W WO2017129503A1 WO 2017129503 A1 WO2017129503 A1 WO 2017129503A1 EP 2017051273 W EP2017051273 W EP 2017051273W WO 2017129503 A1 WO2017129503 A1 WO 2017129503A1
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light
reflector
optical system
lens
insert
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PCT/EP2017/051273
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Stephan Pieper
Sebastian Schade
Christian Kohler
Andreas NIEDERSTÄTTER
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Zumtobel Lighting Gmbh
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Publication date
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    • F21V7/04—Optical design
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    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2105/00—Planar light sources
    • F21Y2105/10—Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements
    • F21Y2105/14—Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements characterised by the overall shape of the two-dimensional array
    • F21Y2105/16—Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements characterised by the overall shape of the two-dimensional array square or rectangular, e.g. for light panels
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    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to an optical system which is provided for influencing the light output of a light source and has at least one pot-like reflector which forms a light exit opening, is emitted via the light. Furthermore, the present invention relates to a lamp in which a
  • corresponding optical system is used, wherein it may be in the lamp in particular a lamp, which is used outdoors.
  • Lights with the help of certain areas or objects to be illuminated, must necessarily have means by which the light generated by the bulbs is selectively emitted into the area to be illuminated.
  • these are additional optical elements to the light sources which, by reflection and / or refraction of the light, influence this in such a way that it is aligned in the desired manner in accordance with the lighting situation.
  • Lamps were used in the form of elongated fluorescent lamps or the like, LEDs are now used as a rule, in which case usually each LED reflector bulb is associated with an LED bulb.
  • the light sources may each be individual LEDs or clusters, for example a plurality of differently colored LEDs, which then ultimately emit a mixed light in the desired color or color temperature.
  • the design of the reflector is then such that due to the shape of the
  • Reflector wall and the corresponding positioning of the light source relative to the reflector all light beams are influenced so that they can leave the reflector only within a certain angular range, wherein the
  • Angle range is selected such that the light output takes place in the desired direction. Outside of this defined primarily by the design of the reflector area, however, then takes place almost no light output, so that on this Way the light can be influenced very simply and effectively. Reflectorrasters of this type are therefore used very frequently and in different fields of application, for example to realize a so-called glare-free illumination or to avoid disturbing reflections on screen surfaces or the like.
  • the complete restriction of the light output to the angle range predetermined by the reflector has the consequence on the other hand that the luminaire or the switched-on state of the luminaire is only recognizable by an observer when it is in the solid angle range in which the by the reflector predetermined light emission takes place. On the other hand, if the observer is outside this angular range, the light initially appears dark from his point of view.
  • Light output which is achieved with the help of additional light sources, for example, direct light on the ceiling of a room in which the light is located, or laterally diffuse light.
  • Brightness increases in the transition from a non-illuminated area to a lighted area should be avoided.
  • Reflektorrastern or pot-like individual reflectors can also result in other types of optics.
  • TIR lenses are used to influence the light of LEDs, which very efficiently bundle the light originally emitted by the LED in a very wide angular range, ie restricting it to a specific angular range. Also in this case occur at the transition between the non-illuminated area and the illuminated area strong differences in brightness, which are perceived as unpleasant.
  • optical system which has the characteristics of
  • the solution according to the invention is based on the idea of influencing the light output of a light source, for example an LED, on the one hand with the aid of a pot-type reflector and on the other hand with the aid of a lens.
  • a light source for example an LED
  • the lens is designed such that a first portion of the light is radiated substantially independently of the reflector in a preferred direction defined by the lens.
  • the lens is additionally designed to deliver a second portion of the light laterally such that this portion falls onto the inner wall of the reflector.
  • This reflector wall is designed in particular diffusely reflecting, so that it appears slightly lightened by the second portion of the light from different angles.
  • Observers should be excluded and in which, accordingly, the primary portion of the light with the help of the lens is not delivered, so the inner wall of the reflector appears slightly brighter and can be detected by an observer. This is for the observer even before reaching the directly illuminated by the lens
  • Brightness differences in the transition to the area directly illuminated by the first portion are accordingly no longer perceived as disturbing.
  • an optical system for influencing the light output of a light source which has a pot-like reflector having a light exit opening, and a lens which is adapted to a first portion of the light through the light exit opening of the reflector in a through Furthermore, the lens is adapted to deliver a second portion of the light laterally such that this portion falls on the reflector inner wall.
  • the pot-shaped reflector thus fulfills less the task of restricting the light output to a certain angular range compared to previous light grids, but rather serves to diffuse a small proportion of light diffusely in different directions in order to make the on state of the luminaire recognizable .
  • the actual light control is made by the lens, so here is a completely new interaction of the two optical elements reflector and lens is present.
  • the lens may be a so-called TIR lens in a classical manner. It then points in this case, first, one of the light source facing, for example
  • collimator on This may have a light source facing the recess whose mantle and bottom surface a
  • Light entry surface of the lens forms, wherein in a known manner, the LED is then positioned in the region of this recess.
  • the lens may then have a substantially planar light exit surface according to a first embodiment.
  • the light is then preferably emitted in a direction that is substantially parallel to the vertical with respect to the plane of the light exit opening of the reflector.
  • a whitening of the reflector inner wall by the second portion of the light can then be achieved, for example, by using stray light which is emitted by the lens.
  • this effect can also be specifically enhanced by, for example, selectively providing edge regions of the light exit surface of the lens with a corresponding scattering structure.
  • the emission of the first light component takes place in a direction which is inclined with respect to an axis perpendicular to the plane of the light exit opening of the reflector.
  • This may be desirable in particular when e.g. the reflector is oriented vertically downwards, with the help of the lamp, however, for example, an asymmetrical light output is to be achieved, as is desired in lights for street lighting or the like.
  • lenses must then be used which cause an asymmetrical light output, which can be done, for example, by virtue of the fact that the light exit region of the lens has a so-called Fresnel structure.
  • a scattering or decoupling structure is formed on the circumference of the Fresnel structure, via which the second light component is emitted.
  • the lens is preferably arranged at least with its light exit region or the Fresnel structure within the reflector.
  • the so-called glow reflector insert according to the invention which preferably has a constant wall thickness, can in this case be formed, for example, from PMMA or PC.
  • the optical system is designed such that it has a plurality of reflectors, which are arranged in the manner of a matrix and jointly form a corresponding grid.
  • the reflectors may in this case be at least partially connected to one another in one piece. Then come the above-mentioned additional inserts of the transparent and diffusely scattering material used, so these are preferably made in one piece, so that they can be recognized in a corresponding manner from the light exit side to the grid and locked for example with this.
  • a preferred application example of the invention is a luminaire in the outer area.
  • This may be both a luminaire, bundling the targeted light emits in a desired area to illuminate, for example, an object located in this area or the like.
  • a luminaire which is used, for example, to illuminate a street or a sidewalk and accordingly effects an asymmetrical light output overall, which enables illumination of a longer road section.
  • Figures 1 and 2 are views of a first embodiment of a lamp in which the optical system according to the invention is used;
  • Figures 3 to 5 are views of a single, for the production of light
  • Figures 6 and 7 are views of a reflector grid, which is part of the in the
  • Figures 3-5 is a lighting assembly;
  • Figure is a side view of a glow insert according to the invention for the reflector grid;
  • Figure 9 shows the process of assembling the lamp assembly
  • Figures 10 to 12 are views of a lens according to the invention, with the aid thereof
  • Figure 13 is an enlarged view of the lens of Figures 10 to 12; 14 shows a second embodiment of a luminaire, in which the optical system according to the invention consists of a
  • Reflector and a glow insert can be used and
  • Figures 1 and 2 show first two perspective views of a first, provided for outdoor use light, in the figures generally with the
  • Reference numeral 100 is provided. It is a lamp whose optical system - as explained in more detail below - is designed so that an asymmetric light output is achieved, such that seen in the longitudinal direction L of the lamp 100 takes place a very strong expansion of the emitted light. If such a light fixture is, for example, attached to a columnar support or to a house wall, then, for example, the underlying road area can be illuminated on both sides over a greater distance. Accordingly, the illustrated luminaire 100 is particularly suitable for illuminating roads, carriageways and / or sidewalks.
  • the luminaire 100 is constructed in two parts with an approximately parallelepiped-shaped first module 110 and a second module 120, the so-called light-emitting module, which is likewise of cuboid design and fastened to the first module 110.
  • the first module 110 hereby includes a majority of the electronic
  • Components of the lamp 100 in particular the necessary means for converting the general supply voltage in a suitable operation of the lamp operating voltage.
  • This may in particular be a correspondingly designed LED converter.
  • connection region 115 which is formed on a rear wall 111 of the first module 110.
  • This connection area 115 is also the connection to external
  • connection region 115 defines an axis of rotation R, around which the first module 110 and thus the luminaire 100 can be rotated or pivoted in total, at least in a certain angular range.
  • the light-emitting module 120 is also cuboid-shaped according to the illustration and, seen in the longitudinal direction, has comparable dimensions to the first module 110, but is arranged slightly offset from this for aesthetic reasons.
  • the attachment of the lamp module 120 to the first module 110 may be rigid in this case.
  • Bulb module 120 can be pivoted about an axis which is parallel to the longitudinal direction L. Again, the connection may be made such that the pivoting of the lamp module 120 is limited to a certain angle range. In case of use as a lamp for street lighting can then, for example, by the swiveling the light output to the distance between the lane to be illuminated and the support to which the lamp 100 is attached, be adjusted. In the following, the design of the illuminant module 120 will be explained in the first place, since this includes the optical components according to the invention.
  • the illuminant module 120 within the cuboid housing has a matrix-like arrangement of luminous means and associated optical elements. These optical elements form i.a. a grid-like reflector arrangement, wherein the light exit opening of the
  • Illuminant module 120 is covered by a transparent plate 125.
  • This transparent pane 125 serves primarily to protect the components responsible for light generation from external influences, but preferably does not influence the light output of the luminaire 100.
  • Assembly here has four individual lamps in the form of LEDs and associated optical elements for influencing the light output. This means that in the case of the luminaire 100 shown in FIGS. 1 and 2, a total of eight
  • corresponding lamp assemblies 50 are used, which are arranged in two adjacent rows of four modules 50. However, of course, depending on the size of the lamp and the number and arrangement of the lamp assemblies 50 are selected accordingly. As will be explained in more detail below, in this case the illuminant assemblies 50 are identical except for the orientation of the lenses used.
  • Each module has, as shown in Figures 3-5 recognizable initially
  • Carrier element in the form of an approximately square circuit board 55, on the first time responsible for the light generation, not visible in the figures LEDs are arranged. These can be single LEDs and, if necessary, also LED clusters, which ultimately emit a mixed light in the desired color.
  • the circuit board 55 also serves to hold the other optical components that are responsible for influencing the light output. It This is first about lenses 10, as well as pot-trained
  • Both the lenses 10 and the reflectors 20 are preferably each connected together to form an assembly in order to keep the number of individual parts during assembly of the lamp 100 as low as possible. In particular, however, the lenses 10 could possibly also be present as individual components. However, the four pot-like reflectors 20 are preferably combined to form the 2x2 grid 30 shown in isolation in FIGS. 6 and 7, since otherwise a correspondingly coordinated positioning of the individual reflectors 20 would be very complicated and cumbersome.
  • the individual reflectors 20 of the grid 30 are each made approximately truncated pyramidal and each have a square light exit opening 21 and this opposite a circular bottom opening 22.
  • a special feature here is that the light exit openings 21 of the individual reflectors 20 have no square or rectangular shape, but instead represent an irregular square, so that there is also a distorted truncated cone shape for the reflector 20.
  • the four light exit openings 21 of the 2x2 reflector grid 30 form a square. This is primarily a
  • the reflector raster 30 formed from the four reflectors 20 is then fastened to the carrier board 55 via a latching pin 31 provided on its underside (see Figure 7), it being understood that other fastening measures may of course also be provided.
  • the reflector rasters 30 in the present inventive solution are merely a secondary element for the light emission of the luminaire 100.
  • the light output is determined by the lenses 10 individually associated with the light sources.
  • the shape of the lenses can be taken in particular from FIGS. 10-12, which are so-called TIR (total internal reflection) lenses which initially have a collimator 11 facing the light source.
  • This collimator 11 is, as shown in the present example, rotationally symmetrical in the form of a truncated cone and has an approximately circular recess 12 on its light entry side. The positioning takes place in such a way that the LED projects into this recess 12 and accordingly all the light of the LED falls into the collimator 11.
  • On the lateral surface of the collimator 11 is then carried out in a known manner internal total reflection of the light, so that it is initially aligned substantially parallel.
  • TIR lenses are already known with a collimator facing the light source.
  • the light exit region 15 of the lens adjoining the collimator 11 has a fresnel-like structure 16 with the aid of which the light is radiated asymmetrically in a preferred direction.
  • Light exit region 15 is connected to the collimator 11 via a disc-like intermediate region 14, which, however, does not have a significant influence on the light output, but primarily serves to completely fill the bottom opening 22 of the associated cup-shaped reflector 20 in the assembled state of the optical system.
  • the reflectors 20 are then arranged at a distance from the board 50 and the light sources, this distance being bridged by the collimator 11 of the respective lens 10.
  • the fresnel-like structure 16 of the lens which can be seen particularly well in FIGS. 10 and 12, causes an asymmetrical light emission in a preferred direction, as already mentioned. This is achieved in particular by the inclined top surfaces of the individual rib-like Fresnel segments, on which the light in turn is preferably totally internally reflected and then obliquely decoupled as shown in FIG.
  • the orientation of the lens 10 and thus the preferred direction, in which primarily the light emission takes place, is also by a on the
  • Disc-shaped intermediate portion 14 formed arrow-like mark 14a visible, so that it is immediately apparent in which direction the light is emitted.
  • the light output of the lens 10 via the Fresnel structure 16 is preferably such that it is no longer or only insignificantly influenced by the reflector 20 surrounding the lens 10.
  • the four lenses 10 of a single light assembly 50 are each aligned identically so that a light source assembly 50 emits light uniformly in a specific preferred direction.
  • the illuminant assemblies 50 used in the luminaire 100 shown in FIGS. 1 and 2 then differ in respect of the orientation of the associated lenses 10, so that each luminous means assembly 50 emits light in a slightly different angular range.
  • Lichtabstrahlraumen the lighting assemblies 50 then leads to the overall stretched longitudinally and thus asymmetric light output, as it is, as already mentioned, strived for street lighting.
  • the illustrated variant, in which all lenses 10 of a light assembly 50 have the same orientation, however, is advantageous in that the failure of a single LED does not adversely affect the total light output of the lamp 100 and is not to be feared that then subregions of the total area to be illuminated are no longer illuminated.
  • the overall resulting embodiment of a lighting device assembly 50 can then be taken, for example, the representation of Figure 4. That is, the light of each LED is first coupled into the collimator 11 of the associated lens 10 and then radiated via the fresnel-like light extraction region 15 of the lens 10. While the collimator 11 is still arranged below or outside of the pot-like reflectors 20, the light outcoupling region 15 projects into the reflector space.
  • the lenses 10 are first placed on the LEDs and then the reflector grid 30 is attached in the next assembly step.
  • a special feature of the lenses 10 used is that, although the light is primarily emitted as desired in the preferred direction defined by the Fresnel structure 16, specifically an at least small further portion of the light laterally or over the circumference of the light exit region 15 is discharged so that it falls on the walls of the cup-shaped reflector 20.
  • decoupling surfaces or structures 17 which are shown in Figure 13 and are responsible for the fact that a small proportion of the light is emitted in other directions, in particular in the opposite direction to the preferred light emission direction out.
  • the (surface) portion of these decoupling surfaces 17 is relatively low, since only a very small proportion of the light is to be used to lighten the surrounding reflector walls. Basically, this effect would also be by a corresponding roughening or reachable by the addition of scattering particles in the lens material, since such a total scattering but the effect of the Fresnel structure 16th
  • Each lens 10 thus ensures that a first - preferably large - proportion of the light is emitted in the desired preferred direction and a second - preferably smaller - proportion as possible over the entire circumference on the walls of the pot reflector 20 falls.
  • diffuse scattering of the light take place, which causes that in the on state of the lamp 100, the reflector walls appear illuminated even at very shallow viewing angles. That is, even for persons who are outside the actually illuminated area, i. in the directly illuminated by the lenses 10 area, the appear
  • Reflector walls brighter and it is therefore clear beyond doubt whether the light is activated or not. In this way, the eye is also early the possibility opened, to adapt to the brightness transition when approaching the illuminated area, so then no strong or disturbing glare occur at the transition between a not illuminated by the lens area and a lighted area.
  • the walls of the reflector are formed diffusely scattering. That is, in a first variant, it would be conceivable that the reflector raster is formed of a material which causes a diffuse scattering, or the reflector surfaces could be provided with a diffusely scattering coating.
  • the diffuse scattering of the second light component takes place by means of an additional reflector insert, which can be seen in FIGS. 8 and 9 and is provided with the reference numeral 40.
  • the insert 40 is similar in terms of its design and shape of the reflector raster 30, so in turn has four cup-shaped, frusto-conical portions 45, each having a light exit opening 46 and this opposite a circular
  • Form input port 47 Also with regard to the asymmetrical design of the openings 46 of the insert 40 is similar to the reflector grid 30.
  • the dimensions of the insert 40 are now selected, however, such that the outer contour of the Insert 40 of the inner contour of the reflector grid 30 corresponds, so that the insert 40 can be positively inserted from the top into the reflector grid 30.
  • the reflector grid 30 and the insert 40 is made in one piece, and in the case of the use of individual reflector pots here, the use of individual inserts would be conceivable.
  • This reflector insert 40 is now made of a transparent material, such as PMMA or PC, which is additionally provided with scattering particles, so that the insert 40 can cause the above-mentioned, the desired scattering of the second light component in total. Thereby, however, that the insert 40 from a transparent material, such as PMMA or PC, which is additionally provided with scattering particles, so that the insert 40 can cause the above-mentioned, the desired scattering of the second light component in total. Thereby, however, that the insert 40 from a transparent material, such as PMMA or PC, which is additionally provided with scattering particles, so that the insert 40 can cause the above-mentioned, the desired scattering of the second light component in total. Thereby, however, that the insert 40 from a transparent material, such as PMMA or PC, which is additionally provided with scattering particles, so that the insert 40 can cause the above-mentioned, the desired scattering of the second light component in total. Thereby, however, that the insert 40 from a transparent material, such as PMMA or PC, which
  • the light scattering takes place not only on the surface, but also on the distributed within the material of the insert 40 scattering particles and possibly also on the surface of the underlying
  • the insert 40 preferably has a substantially constant wall thickness and is inserted into the reflector grid 30 when the assembly 50 is assembled-as can be seen in FIG. 9 -in the final assembly step.
  • lens shape is limited, but can also be used in other primary optics.
  • FIG 14 a further embodiment of a lamp 200 according to the invention is shown in Figure 14, which basically corresponds in its construction of the first lamp 100.
  • a first module 210 which includes the electronic components, as well as a second module 220 containing the lamps, wherein a coupling of both modules 210, 220, can be made such that a pivoting of the lamp module 220 is possible .
  • the basic structure of the lamp assemblies is again identical to that of the lamp according to Figures 1 and 2, but now no asymmetric light distribution is sought, but instead the light should rather concentrated to a certain area to be delivered.
  • the illuminant assemblies have differently designed lenses. In particular, lenses are now used here, as shown in FIGS. 15 and 16.
  • These lenses 60 in turn have a frusto-conical collimator section 61, which has a recess 62 facing the light source, whose bottom and lateral surface forms the light entry surface of the lens.
  • a frusto-conical collimator section 61 which has a recess 62 facing the light source, whose bottom and lateral surface forms the light entry surface of the lens.
  • no Fresnel-type light-emitting region 15 is now required by which the light is emitted asymmetrically.
  • the light exit region 65 of the lens 60 of Figures 15 and 16 by a plane
  • a plate-shaped holding part 67 is now provided, which has a defined positioning of the lens 60 on the
  • Carrier element of the lamp assembly allows.
  • the collimator region 61 of the lens 60 ends with the associated light exit surface in the region of the bottom-side opening 22 of the associated pot-type reflector 20.
  • the light output is determined primarily by the lens 60 itself, less by the reflector 20. Again, however, stray light can occur, which is used to lighten the peripheral reflector walls of the pot-shaped reflector 20. Also in this case, therefore, either the reflector 20 may be formed diffusely scattering or as in the lamp of Figures 1 and 2 additionally within the reflector grid 30, a corresponding reflector insert 40 may be provided. This either can not be done completely anyway
  • suppressive stray light emitted by the lens 60 can be utilized. It would also be possible, for example, by the introduction of scattering Particles or structures in the edge region of the light exit surface 65 to emit a slight amount of light such that it illuminates the reflector walls. That is, even in this second illustrated lamp 200, the advantageous effect can be obtained that a person located outside the illuminated area can easily recognize the on state of the lamp 200.
  • the concept according to the invention allows extremely effective emission of light into a desired range, despite all the disadvantages hitherto resulting in a strong light control.
  • the application of the optical system according to the invention is not limited to lights for outdoor use, but can in any types of lights

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Abstract

Ein optisches System zum Beeinflussen der Lichtabgabe einer Lichtquelle weist einen topfartigen Reflektor (20), der eine Lichtaustrittsöffnung (21) aufweist, sowie eine Linse (10) auf, welche dazu ausgebildet ist, einen ersten Anteil des Lichts über die Lichtaustrittsöffnung (21) des Reflektors (20) in eine durch die Linse (10) definierte Vorzugsrichtung abzustrahlen, wobei die Linse (10, 60) ferner dazu ausgebildet ist, einen zweiten Anteil des Lichts seitlich derart abzugeben, dass dieser Anteil auf die Reflektorinnenwand fällt.

Description

Optisches System zum Beeinflussen der Lichtabgabe einer Lichtquelle
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System, welches zum Beeinflussen der Lichtabgabe einer Lichtquelle vorgesehen ist und zumindest einen topfartigen Reflektor aufweist, der eine Lichtaustrittsöffnung bildet, über die Licht abgegeben wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Leuchte, bei der ein
entsprechendes optisches System zum Einsatz kommt, wobei es sich bei der Leuchte insbesondere um eine Leuchte handeln kann, die im Außenbereich zur Anwendung kommt.
Leuchten, mit deren Hilfe bestimmte Bereiche oder Objekte beleuchtet werden sollen, müssen zwangsläufig Mittel aufweisen, mit deren Hilfe das von den Leuchtmitteln erzeugte Licht gezielt in den zu beleuchtenden Bereich abgegeben wird. Es handelt sich hierbei in der Regel um zu den Leuchtmitteln zusätzliche optische Elemente, welche durch Reflexion und/oder Brechung des Lichts dieses derart beeinflussen, dass dieses entsprechend der Beleuchtungssituation in gewünschter Weise ausgerichtet wird.
Eine Möglichkeit, die Lichtabgabe in der gewünschten Weise zu beeinflussen, sind die bereits eingangs erwähnten Reflektoren. Hierbei ist oftmals vorgesehen, dass nicht ein einziger großer Reflektor zum Einsatz kommt, sondern stattdessen mehrere topfartige Reflektoren matrixartig zu einem so genannten Raster zusammengefügt sind, über welches dann das Licht der Leuchtmittel abgegeben wird. Während früher größere
Leuchtmittel in Form von länglichen Leuchtstofflampen oder dergleichen zum Einsatz kamen, werden nunmehr in der Regel LEDs verwendet, wobei in diesem Fall dann üblicherweise jedem einzelnen Reflektortopf ein LED-Leuchtmittel zugeordnet ist. Es kann sich bei den Leuchtmitteln jeweils um einzelne LEDs oder auch um Cluster bestehend beispielsweise aus mehreren verschiedenfarbigen LEDs handeln, die dann letztendlich ein Mischlicht in der gewünschten Farbe oder Farbtemperatur abgeben.
Die Gestaltung des Reflektors ist dann derart, dass aufgrund der Form der
Reflektorwand und der entsprechenden Positionierung der Lichtquelle gegenüber dem Reflektor alle Lichtstrahlen derart beeinflusst werden, dass sie den Reflektor nur innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs verlassen können, wobei der
Winkelbereich derart gewählt ist, dass die Lichtabgabe in die gewünschte Richtung hin erfolgt. Außerhalb dieses in erster Linie durch die Gestaltung des Reflektors definierten Bereichs hingegen erfolgt dann nahezu keine Lichtabgabe, sodass auf diese Weise sehr einfach und effektiv das Licht beeinflusst werden kann. Reflektorraster dieser Art kommen deshalb sehr häufig und in unterschiedlichen Anwendungsgebieten zum Einsatz, um beispielsweise eine sog. blendfreie Beleuchtung zu realisieren oder störende Reflexionen an Bildschirmoberflächen oder dergleichen zu vermeiden.
Die vollständige Beschränkung der Lichtabgabe auf den durch den Reflektor vorgegebenen Winkelbereich hat allerdings auf der anderen Seite zur Folge, dass die Leuchte bzw. der eingeschaltete Zustand der Leuchte durch einen Beobachter nur dann erkennbar ist, wenn er sich in dem Raumwinkelbereich befindet, in den die durch den Reflektor vorgegebene Lichtabgabe erfolgt. Befindet sich der Beobachter hingegen außerhalb dieses Winkelbereichs, so erscheint die Leuchte zunächst aus seiner Sicht dunkel.
Dies wiederum bedeutet, dass durch das Auge des Beobachters beim Übergang von dem nicht beleuchteten Bereich in den beleuchteten Bereich ein starker
Helligkeitsanstieg stattfindet, an den sich das Auge innerhalb kürzester Zeit gewöhnen muss. Dies wird häufig als unangenehm empfunden, weshalb oftmals versucht wird, mit Hilfe zusätzlicher Beleuchtungseffekte einerseits dem Beobachter den
eingeschalteten Zustand der Leuchte zu signalisieren und andererseits dem Auge des Beobachters zu ermöglichen, sich bereits vorab zumindest zu einem gewissen Grad an die erhöhte Helligkeit, die in dem beleuchteten Bereich vorliegt, zu adaptieren. Bei diesen Maßnahmen handelt es sich oftmals um eine indirekte oder sekundäre
Lichtabgabe, die mit Hilfe von zusätzlichen Lichtquellen erzielt wird, welche beispielsweise Licht auf die Decke eines Raums richten, in dem sich die Leuchte befindet, oder seitlich Licht diffus abgeben.
Derartige Maßnahmen zur sekundären Lichtabgabe sind jedoch mit einem zusätzlichen Aufwand verbunden und bei Leuchten im Außenbereich eher unüblich bzw. nicht realisierbar. Auch hier stellt sich allerdings oftmals das Problem, dass abrupte
Helligkeitsanstiege beim Übergang von einem nicht beleuchteten Bereich in einen beleuchteten Bereich vermieden werden sollen.
Das oben geschilderte Problem liegt im Übrigen nicht nur beim Einsatz von
Reflektorrastern oder topfartigen Einzelreflektoren vor, sondern kann sich auch bei anderen Arten von Optiken ergeben. Beispielsweise kommen zur Beeinflussung des Lichts von LEDs sehr häufig so genannte TIR-Linsen zum Einsatz, welche äußerst effizient das ursprünglich von der LED in einem sehr weiten Winkelbereich abgegebene Licht bündeln, also auf einen bestimmten Winkelbereich einschränken. Auch in diesem Fall treten am Übergang zwischen dem nicht beleuchteten Bereich und dem beleuchteten Bereich starke Helligkeitsunterschiede auf, die als unangenehm empfunden werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabenstellung zugrunde, neuartige Möglichkeiten zur Beeinflussung der Lichtabgabe einer Lichtquelle zur Verfügung zu stellen, welche es einerseits gestatten, sehr effizient das Licht in einen gewünschten Bereich abzugeben, andererseits jedoch die oben beschriebenen Probleme vermeiden.
Die Aufgabe wird durch ein optisches System, welches die Merkmale der
unabhängigen Ansprüche aufweist, gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf dem Gedanken, die Lichtabgabe einer Lichtquelle, beispielsweise einer LED, einerseits mit Hilfe eines topfartigen Reflektors und andererseits mit Hilfe einer Linse zu beeinflussen. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Linse derart ausgeführt ist, dass ein erster Anteil des Lichts im Wesentlichen unabhängig von dem Reflektor in eine durch die Linse definierte Vorzugsrichtung abgestrahlt wird. Ferner ist die Linse allerdings zusätzlich dazu ausgebildet, einen zweiten Anteil des Lichts seitlich derart abzugeben, dass dieser Anteil auf die Innenwand des Reflektors fällt. Diese Reflektorwand ist insbesondere diffus reflektierend ausgestaltet, sodass sie durch den zweiten Anteil des Lichts aus unterschiedlichsten Blickrichtungen leicht aufgehellt erscheint.
Selbst unter flachen Beobachtungswinkeln, unter denen ein Blenden für einen
Beobachter ausgeschlossen werden soll und in die dementsprechend der primäre Anteil des Lichts mit Hilfe der Linse nicht abgegeben wird, erscheint also die Innenwand des Reflektors leicht erhellt und kann durch einen Beobachter erkannt werden. Damit ist für den Beobachter noch vor Erreichen des durch die Linse direkt beleuchteten
Bereichs ohne weiteres erkennbar, dass die Leuchte eingeschaltet ist, und
Helligkeitsunterschiede beim Übergang in den durch den ersten Anteil direkt beleuchteten Bereich werden dementsprechend nicht mehr als störend wahrgenommen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird also ein optisches System zum Beeinflussen der Lichtabgabe einer Lichtquelle vorgeschlagen, welches einen topfartigen Reflektor aufweist, der eine Lichtaustrittsöffnung aufweist, sowie eine Linse, die dazu ausgebildet ist, einen ersten Anteil des Lichts über die Lichtaustrittsöffnung des Reflektors in eine durch die Linse definierte Vorzugsrichtung abzustrahlen, wobei ferner die Linse dazu ausgebildet ist, einen zweiten Anteil des Lichts seitlich derart abzugeben, dass dieser Anteil auf die Reflektorinnenwand fällt. Bei der erfindungsgemäßen Lösung erfüllt der topfartige Reflektor also im Vergleich zu bisherigen Leuchtenrastern weniger die Aufgabe, die Lichtabgabe auf einen bestimmten Winkelbereich einzuschränken, sondern er dient vielmehr nunmehr dazu, einen geringen Lichtanteil diffus in unterschiedlichste Richtungen abzugeben, um den Einschaltzustand der Leuchte erkennbar zu gestalten. Die eigentliche Lichtlenkung hingegen wird durch die Linse vorgenommen, sodass hier also ein völlig neuartiges Zusammenwirken der beiden optischen Elemente Reflektor und Linse vorliegt.
Die Linse kann hierbei in klassischer Weise eine so genannte TIR-Linse sein. Sie weist in diesem Fall dann zunächst einen der Lichtquelle zugewandten, etwa
kegelstumpfartigen so genannten Kollimator auf. Dieser kann eine der Lichtquelle zugewandte Ausnehmung aufweisen, deren Mantel- und Bodenfläche eine
Lichteintrittsfläche der Linse bildet, wobei in bekannter Weise die LED dann im Bereich dieser Ausnehmung positioniert wird.
Die Linse kann dann gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel eine im Wesentlichen plane Lichtaustrittsfläche aufweisen. In diesem Fall wird das Licht dann vorzugsweise in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zur Senkrechten bezüglich der Ebene der Lichtaustrittsöffnung des Reflektors liegt, abgegeben. Eine Aufhellung der Reflektorinnenwand durch den zweiten Anteil des Lichts kann dann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass Streulicht genutzt wird, welches durch die Linse abgegeben wird. Dieser Effekt kann darüber hinaus auch gezielt dadurch verstärkt werden, dass beispielsweise Randbereiche der Lichtaustrittsfläche der Linse gezielt mit einer entsprechenden Streustruktur versehen werden.
Alternativ zu dieser Ausführungsform einer Linse kann allerdings auch vorgesehen sein, dass die Abgabe des ersten Lichtanteils in einer Richtung erfolgt, die gegenüber einer senkrecht auf der Ebene der Lichtaustrittsöffnung des Reflektors stehenden Achse geneigt ist. Dies kann insbesondere dann gewünscht sein, wenn z.B. der Reflektor senkrecht nach unten ausgerichtet ist, mit Hilfe der Leuchte allerdings beispielsweise eine asymmetrische Lichtabgabe erzielt werden soll, wie sie bei Leuchten zur Straßenbeleuchtung oder dergleichen gewünscht ist. In diesem Fall müssen dann also Linsen zum Einsatz kommen, die eine asymmetrische Lichtabgabe bewirken, was beispielsweise dadurch erfolgen kann, dass der Lichtaustrittsbereich der Linse eine so genannte Fresnel-Struktur aufweist. Um auch in diesem Fall die erfindungsgemäße Aufhellung der Reflektorinnenwand mit Hilfe des zweiten
Lichtanteils erzielen zu können, kann nunmehr vorgesehen sein, dass am Umfang der Fresnel-Struktur eine Streu- oder Auskoppelstruktur ausgebildet ist, über die der zweite Lichtanteil abgegeben wird. Die Linse ist in diesem Fall vorzugsweise zumindest mit ihrem Lichtaustrittsbereich bzw. der Fresnel-Struktur innerhalb des Reflektors angeordnet. Der erfindungsgemäße lichttechnische Effekt, dass nämlich mit Hilfe der illuminierten Reflektorinnenwand aus unterschiedlichsten Blickrichtungen der Einschaltzustand der Leuchte erkannt werden kann, kommt besonders dann gut zum Tragen, wenn der Reflektor diffus streuend ausgebildet ist. Es hat sich jedoch gezeigt, dass ein besonders ansprechender lichttechnischer Effekt erzielt werden kann, wenn zusätzlich ein in den Reflektor einsetzbarer, ebenfalls topfartiger Einsatz verwendet wird, der aus einem transparenten, allerdings auch leicht diffus streuenden Material besteht. Dieser Einsatz, der mit seiner Außenkontur der Innenkontur des Reflektors entspricht, liegt also an den Innenwänden des Reflektors an, streut allerdings bereits in unterschiedlichster Weise den zweiten Anteil des Lichts, der auf ihn fällt, wobei die Streupartikel einerseits und das transparente Material des Einsatzes andererseits einen optischen Tiefeneffekt hervorrufen, der den Einsatz insgesamt leicht glühend erscheinen lässt. Dies verleiht der erfindungsgemäßen Leuchte im eingeschalteten Zustand ein besonders
ansprechendes Aussehen. Dabei ist die Verwendung dieses zusätzlichen Einsatzes auch nicht zwingend in Kombination mit der zuvor beschriebenen Linse erforderlich. Vielmehr könnte ein derartiger Einsatz auch bei anderen optischen Systemen zum Einsatz kommen, weshalb dieser Gedanke auch Gegenstand eines eigenständigen unabhängigen
Anspruchs ist.
Der erfindungsgemäße sog. Glow-Reflektoreinsatz, der vorzugsweise eine konstante Wandstärke aufweist, kann hierbei beispielsweise aus PMMA oder PC gebildet sein.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist hierbei das optische System derart ausgeführt, dass dieses mehrere Reflektoren aufweist, welche matrixartig angeordnet sind und gemeinsam ein entsprechendes Raster bilden. Die Reflektoren können hierbei zumindest teilweise einstückig miteinander verbunden sein. Kommen dann die oben erwähnten zusätzlichen Einsätze aus dem transparenten und diffus streuenden Material zum Einsatz, so sind auch diese vorzugsweise einstückig ausgeführt, sodass sie in entsprechender Weise von der Lichtaustrittsseite her an das Raster angesetzt und beispielsweise mit diesem verrastet werden können.
Wie bereits erwähnt stellt ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel der Erfindung eine Leuchte im Außenbereich dar. Es kann sich hierbei sowohl um eine Leuchte handeln, die gezielt Licht gebündelt in einen gewünschten Bereich abgibt um beispielsweise ein in diesem Bereich befindliches Objekt oder dergleichen zu beleuchten. In gleicher Weise kann allerdings auch eine Leuchte realisiert werden, die beispielsweise zur Ausleuchtung einer Straße oder eines Gehwegs genutzt wird und dementsprechend insgesamt eine asymmetrische Lichtabgabe bewirkt, welche eine Beleuchtung eines längeren Straßenabschnitts ermöglicht.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
Figuren 1 und 2 Ansichten eines ersten Ausführungsbeispiels einer Leuchte, bei der das erfindungsgemäße optische System zum Einsatz kommt;
Figuren 3 bis 5 Ansichten einer einzelnen, für die Lichterzeugung
verantwortlichen Leuchtmittel-Baugruppe der Leuchte;
Figuren 6 und 7 Ansichten eines Reflektorrasters, welches Bestandteil der in den
Figuren 3 bis 5 gezeigten Leuchtmittel-Baugruppe ist; Figur eine seitliche Ansicht eines erfindungsgemäßen Glow-Einsatzes für das Reflektorraster;
Figur 9 den Vorgang des Zusammenfügens der Leuchtmittel- Baugruppe;
Figuren 10 bis 12 Ansichten einer erfindungsgemäßen Linse, mit deren Hilfe
einerseits Licht in eine Vorzugsrichtung abgegeben wird und andererseits die Reflektorwände beleuchtet werden;
Figur 13 eine vergrößerte Ansicht der Linse der Figuren 10 bis 12; Figur 14 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Leuchte, bei der das erfindungsgemäße optische System bestehend aus einem
Reflektor und einem Glow-Einsatz zum Einsatz kommen kann und
Figuren 15 und 16 Ansichten einer bei dieser zweiten Leuchte zum Einsatz
kommenden alternativen Linse. Die Figuren 1 und 2 zeigen zunächst zwei perspektivische Ansichten einer ersten, für den Außeneinsatz vorgesehenen Leuchte, die in den Figuren allgemein mit dem
Bezugszeichen 100 versehen ist. Es handelt sich um eine Leuchte, deren optisches System - wie nachfolgend noch näher erläutert - derart ausgelegt ist, dass eine asymmetrische Lichtabgabe erzielt wird, derart, dass in Längsrichtung L der Leuchte 100 gesehen eine sehr starke Aufweitung des abgegebenen Lichts stattfindet. Wird eine derartige Leuchte bspw. an einem säulenartigen Träger oder an einer Hauswand befestigt, so kann bspw. der darunter liegende Straßenbereich zu beiden Seiten hin über eine größere Distanz ausgeleuchtet werden. Die dargestellte Leuchte 100 ist dementsprechend insbesondere zur Beleuchtung von Straßen, Fahrbahnen und/oder Gehwegen geeignet.
Grundsätzlich ist die Leuchte 100 zweiteilig aufgebaut mit einem etwa quaderförmigen ersten Modul 110 sowie einem zweiten Modul 120, dem sog. Leuchtmittelmodul, welches ebenfalls quaderförmig ausgebildet und an dem ersten Modul 110 befestigt ist. Das erste Modul 110 beinhaltet hierbei einen Großteil der elektronischen
Komponenten der Leuchte 100, insbesondere die erforderlichen Mittel zum Umsetzen der allgemeinen Versorgungsspannung in eine zum Betrieb der Leuchtmittel geeignete Betriebsspannung. Es kann sich hierbei insb. um einen entsprechend gestalteten LED- Konverter handeln.
Die Befestigung der Leuchte 100 an einem geeigneten Träger erfolgt über einen Anschlussbereich 115, der an einer Rückwand 111 des ersten Moduls 110 ausgebildet ist. Über diesen Anschlussbereich 115 erfolgt auch die Verbindung an externe
Stromversorgungsleitungen, wobei gemäß einer bevorzugten Variante auch
vorgesehen sein kann, dass der Anschlussbereich 115 eine Rotationsachse R definiert, um die - zumindest in einem gewissen Winkelbereich - das erste Modul 110 und damit die Leuchte 100 insgesamt verdreht bzw. verschwenkt werden kann.
Das Leuchtmittelmodul 120 ist entsprechend der Darstellung ebenfalls quaderförmig ausgebildet und weist in Längsrichtung gesehen vergleichbare Abmessungen wie das erste Modul 110 auf, ist allerdings aus ästhetischen Gründen leicht versetzt zu diesem angeordnet. Die Befestigung des Leuchtmittelmoduls 120 an dem ersten Modul 110 kann hierbei starr sein. Alternativ hierzu wäre es allerdings auch denkbar, die
Anbindung derart zu gestalten, dass entsprechend dem angedeuteten Pfeil das
Leuchtmittelmodul 120 um eine Achse, die parallel zur Längsrichtung L verläuft, verschwenkt werden kann. Auch hier kann die Anbindung derart ausgeführt sein, dass das Verschwenken des Leuchtmittelmoduls 120 auf einem bestimmten Winkelbereich eingeschränkt wird. Im Falle der Verwendung als Leuchte zur Straßenbeleuchtung kann dann bspw. durch das Verschwenken die Lichtabgabe an den Abstand zwischen der zu beleuchtenden Fahrbahn und dem Träger, an dem die Leuchte 100 befestigt ist, angepasst werden. Nachfolgend soll in erster Linie die Ausgestaltung des Leuchtmittelmoduls 120 erläutert werden, da dieses die erfindungsgemäßen optischen Komponenten beinhaltet.
Wie in Figur 1 erkennbar ist, weist das Leuchtmittelmodul 120 innerhalb des quaderförmigen Gehäuses eine matrixartige Anordnung von Leuchtmitteln sowie zugehörigen optischen Elementen auf. Diese optischen Elemente bilden u.a. eine rasterartige Reflektoranordnung, wobei die Lichtaustrittsöffnung des
Leuchtmittelmoduls 120 durch eine transparente Scheibe 125 abgedeckt ist. Diese transparente Scheibe 125 dient in erster Linie dem Schutz der für die Lichterzeugung verantwortlichen Komponenten vor äußeren Einflüssen, sie beeinflusst jedoch vorzugsweise nicht die Lichtabgabe der Leuchte 100.
Die in Figur 1 erkennbare rasterartige Ausgestaltung der optischen Mittel wird durch das flächige Zusammenfügen einzelner sog. Leuchtmittel-Baugruppen erzielt, wie sie in den Figuren 3-5 gezeigt sind. Jede mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnete
Baugruppe weist hierbei vier einzelne Leuchtmittel in Form von LEDs sowie zugehörige optische Elemente zur Beeinflussung der Lichtabgabe auf. Dies bedeutet, dass bei der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Leuchte 100 insgesamt acht
entsprechende Leuchtmittel-Baugruppen 50 zum Einsatz kommen, die in zwei nebeneinander liegenden Reihen zu je vier Baugruppen 50 angeordnet sind. Dabei kann allerdings selbstverständlich je nach Größe der Leuchte auch die Anzahl und Anordnung der Leuchtmittel-Baugruppen 50 entsprechend gewählt werden. Wie nachfolgend noch näher erläutert wird, sind hierbei die Leuchtmittel-Baugruppen 50 abgesehen von der Orientierung der zum Einsatz kommenden Linsen identisch ausgebildet.
Jede Baugruppe weist dabei wie in den Figuren 3-5 erkennbar zunächst ein
Trägerelement in Form einer etwa quadratischen Leiterplatte 55 auf, auf der zunächst einmal die für die Lichterzeugung verantwortlichen, in den Figuren nicht erkennbaren LEDs angeordnet sind. Es kann sich hierbei um Einzel-LEDs sowie ggf. auch um LED-Cluster handeln, die dann letztendlich ein Misch-Licht in der gewünschten Farbe abgeben.
Die Leiterplatte 55 dient darüber hinaus auch der Halterung der weiteren optischen Komponenten, die für die Beeinflussung der Lichtabgabe verantwortlich sind. Es handelt sich hierbei zunächst um Linsen 10, sowie um topfartig ausgebildete
Reflektoren 20. Sowohl die Linsen 10 als auch die Reflektoren 20 sind vorzugsweise jeweils miteinander zu einer Baugruppe verbunden, um die Anzahl der Einzelteile beim Zusammenbau der Leuchte 100 möglichst gering zu halten. Insbesondere jedoch die Linsen 10 könnten ggf. auch als Einzelkomponenten vorliegen. Die vier topf artigen Reflektoren 20 sind jedoch bevorzugt zu dem isoliert in den Figuren 6 und 7 dargestellten 2x2-Raster 30 zusammengefügt, da andernfalls eine entsprechend aufeinander abgestimmte Positionierung der Einzelreflektoren 20 sehr aufwendig und mühselig wäre.
Die Einzelreflektoren 20 des Rasters 30 sind jeweils etwa pyramidenstumpfartig ausgeführt und weisen jeweils eine viereckige Lichtaustrittsöffnung 21 sowie dieser gegenüberliegend eine kreisförmige Bodenöffnung 22 auf. Eine Besonderheit besteht hierbei darin, dass die Lichtaustrittsöffnungen 21 der einzelnen Reflektoren 20 keine quadratische oder rechteckige Form aufweisen, sondern stattdessen ein unregelmäßiges Viereck darstellen, so dass sich auch eine verzerrte Kegelstumpfform für den Reflektor 20 ergibt. Insgesamt jedoch bilden die vier Lichtaustrittsöffnungen 21 des 2x2- Reflektorrasters 30 ein Quadrat. Es handelt sich hierbei in erster Linie um eine
Maßnahme, die der Leuchte 100 ein ansprechendes und interessantes Aussehen verleiht, da die Lichtabgabe zur Beleuchtung bspw. eines Straßenabschnitts in erster Linie durch die nachfolgend noch näher beschriebenen Linsen 10 erfolgt.
Dementsprechend wäre es beispielsweise auch möglich, quadratische
Lichtaustrittsöffnungen 21 für die Einzelreflektoren 20 zu wählen. Das aus den vier Reflektoren 20 gebildete Reflektorraster 30 wird dann über einen an seiner Unterseite vorgesehenen Rastzapfen 31 (s. Figur 7) an der Trägerplatine 55 befestigt, wobei selbstverständlich ggf. auch andere Befestigungsmaßnahmen vorgesehen sein können.
Im Gegensatz zu klassischen Reflektorrastern stellen die Reflektorraster 30 bei der vorliegenden erfindungsgemäßen Lösung allerdings lediglich ein sekundäres Element für die Lichtabgabe der Leuchte 100 dar. Primär wird die Lichtabgabe nämlich durch die jeweils individuell den Lichtquellen zugeordneten Linsen 10 festgelegt. Die Gestalt der Linsen kann dabei insbesondere den Figuren 10-12 entnommen werden, wobei es sich um sog. TIR-(total internal reflection)-Linsen handelt, die zunächst einen der Lichtquelle zugewandten Kollimator 11 aufweisen. Dieser Kollimator 11 ist wie dargestellt im vorliegenden Beispiel rotationssymmetrisch in Form eines Kegelstumpfs ausgebildet und weist an seiner Lichteintrittsseite eine etwa kreisförmige Ausnehmung 12 auf. Die Positionierung erfolgt hierbei derart, dass die LED in diese Ausnehmung 12 hineinragt und dementsprechend sämtliches Licht der LED in den Kollimator 11 fällt. An der Mantelfläche des Kollimators 11 erfolgt dann in bekannter Weise eine interne Totalreflexion des Lichts, sodass dieses zunächst im Wesentlichen parallel ausgerichtet wird. Grundsätzlich sind derartige TIR-Linsen mit einem der Lichtquelle zugewandten Kollimator bereits bekannt.
Im vorliegenden Beispiel weist dann der sich an den Kollimator 11 anschließende Lichtaustrittsbereich 15 der Linse eine fresnel-artige Struktur 16 auf, mit deren Hilfe das Licht in eine Vorzugsrichtung asymmetrisch abgestrahlt wird. Der
Lichtaustrittsbereich 15 ist dabei mit dem Kollimator 11 über einen scheibenartigen Zwischenbereich 14 verbunden, der allerdings keinen wesentlichen Einfluss auf die Lichtabgabe nimmt, sondern in erster Linie dazu dient, im montierten Zustand des optischen Systems vollständig die Bodenöffnung 22 des zugehörigen topfartigen Reflektors 20 auszufüllen. Wie in Figur 4 erkennbar ist, sind dann also die Reflektoren 20 beabstandet zu der Platine 50 und den Lichtquellen angeordnet, wobei dieser Abstand durch den Kollimator 11 der jeweiligen Linse 10 überbrückt wird.
Die fresnel-artige Struktur 16 der Linse 10, die besonders gut in den Figuren 10 und 12 erkennbar ist, bewirkt wie bereits erwähnt eine asymmetrische Lichtabgabe in eine Vorzugsrichtung. Dies wird insbesondere durch die geneigten Deckflächen der einzelnen rippenartigen Fresnel-Segmente erreicht, an denen das Licht wiederum vorzugsweise intern totalreflektiert und dann wie in Figur 12 erkennbar schräg ausgekoppelt wird. Die Orientierung der Linse 10 und damit die Vorzugsrichtung, in welche primär die Lichtabgabe erfolgt, ist dabei auch durch eine an dem
scheibenartigen Zwischenbereich 14 ausgebildete pfeilartige Markierung 14a ersichtlich, sodass unmittelbar erkennbar ist, in welche Richtung die Lichtabgabe erfolgt. Dabei ist die Lichtabgabe der Linse 10 über die Fresnel-Struktur 16 vorzugsweise derart, dass sie nicht mehr bzw. nur unwesentlich durch den die Linse 10 umgebenden Reflektor 20 beeinflusst wird.
Wie anhand die in Figur 5 gezeigten Markierungen 14a erkennbar ist, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die vier Linsen 10 einer einzelnen Leuchtmittel-Baugruppe 50 jeweils identisch ausgerichtet sind, sodass eine Leuchtmittel-Baugruppe 50 jeweils gleichmäßig in einer bestimmten Vorzugsrichtung Licht abgibt. Die bei der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Leuchte 100 verwendeten Leuchtmittel-Baugruppen 50 unterscheiden sich dann allerdings hinsichtlich der Orientierung der zugehörigen Linsen 10, sodass jede Leuchtmittel-Baugruppe 50 Licht in einen etwas anderen Winkelbereich abgibt. Eine Überlagerung dieser sich hierbei ergebenden acht
Lichtabstrahlrichtungen der Leuchtmittel-Baugruppen 50 führt dann insgesamt zu der in Längsrichtung gestreckten und damit asymmetrischen Lichtabgabe, wie sie, wie bereits erwähnt, für eine Straßenbeleuchtung angestrebt wird. Selbstverständlich wäre es auch denkbar, jeweils eine einzelne Linse 10 individuell in eine gewünschte Richtung auszurichten und hierdurch die asymmetrische Lichtabgabe zu erzielen. Die dargestellte Variante, bei der alle Linsen 10 einer Leuchtmittel- Baugruppe 50 die gleiche Orientierung aufweisen, ist allerdings insofern von Vorteil, als sich der Ausfall einer einzelnen LED nicht negativ auf die Gesamtlichtabgabe der Leuchte 100 auswirkt und nicht zu befürchten ist, dass dann Teilbereiche des insgesamt zu beleuchtenden Bereichs nicht mehr beleuchtet werden.
Die sich insgesamt ergebende Ausgestaltung einer Leuchtmittel-Baugruppe 50 kann dann bspw. der Darstellung von Figur 4 entnommen werden. D.h., das Licht jeder LED wird zunächst in den Kollimator 11 der zugehörigen Linse 10 eingekoppelt und dann über den fresnel-artigen Lichtauskoppelbereich 15 der Linse 10 abgestrahlt. Während der Kollimator 11 noch unterhalb bzw. außerhalb der topfartigen Reflektoren 20 angeordnet ist, ragt der Lichtauskoppelbereich 15 in den Reflektorraum hinein. Bei der Montage einer Leuchtmittel-Baugruppe 50 werden dabei zunächst die Linsen 10 auf den LEDs platziert und dann im nächsten Montageschritt das Reflektorraster 30 befestigt.
Mit den bislang beschriebenen Maßnahmen kann also effizient ein zu beleuchtender Bereich durch die erfindungsgemäße Leuchte 100 beleuchtet werden. Es ergibt sich allerdings noch das eingangs geschilderte Problem, dass für einen Beobachter, der sich außerhalb des durch die Linsen 10 direkt beleuchteten Bereichs befindet, nicht bzw. nur schwer erkennbar ist, ob die Leuchte 100 überhaupt aktiviert ist oder nicht. Mit Hilfe der nachfolgend beschriebenen zusätzlichen optischen Maßnahmen wird dieses Problem in eleganter Weise gelöst.
Eine Besonderheit der zum Einsatz kommenden Linsen 10 besteht nämlich darin, dass zwar primär das Licht wie gewünscht in der durch den Fresnel-Struktur 16 definierten Vorzugsrichtung abgegeben wird, gezielt jedoch ein zumindest kleiner weiterer Anteil des Lichts seitlich bzw. über den Umfang des Lichtaustrittsbereichs 15 derart abgegeben wird, dass es auf die Wände des topfartigen Reflektors 20 fällt.
Verantwortlich für diesen Effekt sind zusätzliche Auskoppelflächen oder -strukturen 17, die in Figur 13 gezeigt sind und dafür verantwortlich sind, dass ein geringer Anteil des Lichts auch in anderen Richtungen, insbesondere auch in entgegengesetzter Richtung zur Vorzugslichtabgaberichtung hin abgegeben wird. Der (Flächen-)Anteil dieser Auskoppelflächen 17 ist verhältnismäßig gering, da nur ein sehr kleiner Anteil des Lichts dafür genutzt werden soll, die umgebenden Reflektorwände aufzuhellen. Grundsätzlich wäre dieser Effekt auch durch eine entsprechende Aufrauhung oder durch das Beifügen streuender Partikel in das Linsenmaterial erreichbar, da eine derartige Streuung insgesamt jedoch der Wirkung der Fresnel-Struktur 16
entgegenwirkt, ist die dargestellte Form mit Hilfe der zusätzlichen
Lichtauskoppelflächen bzw. Lichtauskoppelstrukturen 17 zu bevorzugen. Idealerweise sollte jedoch die seitliche Auskopplung des zweiten Lichtanteils über den gesamten Umfang des Lichtaustrittsbereichs erfolgen, damit tatsächlich die gesamten
Reflektorwände vollständig beleuchtet werden.
Jede Linse 10 sorgt also dafür, dass ein erster - vorzugsweise großer - Anteil des Lichts in der gewünschten Vorzugsrichtung abgegeben wird und ein zweiter - vorzugsweise kleiner - Anteil möglichst über den gesamten Umfang hinweg auf die Wände des Topfreflektors 20 fällt. Hier soll dann eine möglichst diffuse Streuung des Lichts erfolgen, die bewirkt, dass im eingeschalteten Zustand der Leuchte 100 auch unter sehr flachen Beobachtungswinkeln die Reflektorwände erhellt erscheinen. D.h., auch für Personen, die sich außerhalb des eigentlich beleuchteten Bereichs, d.h. in dem durch die Linsen 10 direkt beleuchteten Bereich befinden, erscheinen die
Reflektorwände heller und es ist dementsprechend zweifelsfrei erkennbar, ob die Leuchte aktiviert ist oder nicht. Hierdurch wird ferner auch dem Auge bereits frühzeitig die Möglichkeit eröffnet, bei einer Annäherung an den beleuchteten Bereich sich an den Helligkeitsübergang anzupassen, sodass dann beim Übergang zwischen einem durch die Linsen nicht beleuchteten Bereich und einem beleuchteten Bereich keine starken bzw. störenden Blendungen mehr auftreten.
Dieser erfindungsgemäße lichttechnische Effekt könnte also beispielsweise dadurch erzielt werden, dass neben der speziellen Ausgestaltung der Linse die Wände des Reflektors diffus streuend ausgebildet sind. D.h., in einer ersten Variante wäre denkbar, dass das Reflektorraster aus einem Material gebildet ist, welches eine diffuse Streuung bewirkt, bzw. die Reflektorflächen könnten mit einer diffus streuenden Beschichtung versehen sind.
Besonders bevorzugt ist jedoch im vorliegenden Fall vorgesehen, dass die diffuse Streuung des zweiten Lichtanteils durch einen zusätzlichen Reflektoreinsatz erfolgt, der in den Figuren 8 und 9 erkennbar ist und mit dem Bezugszeichen 40 versehen ist. Der Einsatz 40 gleicht hinsichtlich seiner Gestaltung und Form dem Reflektorraster 30, weist also wiederum vier topfartige, kegelstumpfförmige Abschnitte 45 auf, die jeweils eine Lichtaustrittsöffnung 46 und dieser gegenüberliegend eine kreisförmige
Eingangsöffnung 47 bilden. Auch hinsichtlich der asymmetrischen Gestaltung der Öffnungen 46 gleicht der Einsatz 40 dem Reflektorraster 30. Die Abmessungen des Einsatzes 40 sind nunmehr allerdings derart gewählt, dass die Außenkontur des Einsatzes 40 der Innenkontur des Reflektorrasters 30 entspricht, sodass der Einsatz 40 formschlüssig von der Oberseite her in das Reflektorraster 30 eingesetzt werden kann. Ebenso wie das Reflektorraster 30 ist auch der Einsatz 40 einstückig ausgeführt, wobei im Falle der Verwendung einzelner Reflektortöpfe auch hier die Verwendung einzelner Einsätze denkbar wäre.
Dieser Reflektoreinsatz 40 besteht nunmehr aus einem transparenten Material, beispielsweise PMMA oder PC, das zusätzlich mit streuenden Partikeln versehen ist, sodass der Einsatz 40 insgesamt die oben erwähnte, angestrebte Streuung des zweiten Lichtanteils bewirken kann. Dadurch jedoch, dass der Einsatz 40 aus einem
transparenten Material gebildet ist, erfolgt die Lichtstreuung nicht nur an dessen Oberfläche, sondern auch an den innerhalb des Materials des Einsatzes 40 verteilten Streupartikeln sowie ggf. auch an der Oberfläche des darunter liegenden
Reflektortopfs, sodass ein optisch sehr ansprechender Tiefeneffekt erzielt wird und insbesondere der Eindruck erweckt wird, dass der Einsatz 40 insgesamt bei aktivierter Leuchte 100 leicht glüht. Der Einsatz 40 weist dabei vorzugsweise im Wesentlichen eine konstante Wandstärke auf und wird beim Zusammenfügen der Baueinheit 50 - wie in Figur 9 erkennbar - im abschließenden Montageschritt von der Oberseite her in das Reflektorraster 30 eingesetzt.
Mit Hilfe dieser Maßnahmen wird also nicht nur das der Erfindung zugrundeliegende Problem gelöst, dass nämlich aus flachen Blickwinkeln heraus der Einschaltzustand der Leuchte nicht erkennbar ist, sondern darüber hinaus wird insbesondere im eingeschalteten Zustand der Leuchte ein besonders ansprechendes Aussehen verliehen.
Dabei ist darauf hinzuweisen, dass diese spezielle Kombination von Reflektor und zugehörigem lichtstreuendem transparentem Einsatz nicht zwingend auf die
dargestellte Linsenform beschränkt ist, sondern auch bei anderen Primäroptiken zum Einsatz kommen kann.
Hierzu ist in Figur 14 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leuchte 200 gezeigt, welches grundsätzlich in seinem Aufbau der ersten Leuchte 100 entspricht. Wiederum liegt also eine zweiteilige Ausgestaltung vor mit einem ersten Modul 210, welches die elektronischen Komponenten beinhaltet, sowie einem zweiten, die Leuchtmittel enthaltenden Modul 220, wobei eine Kopplung beider Module 210, 220, derart erfolgen kann, dass ein Verschwenken des Leuchtmittelmoduls 220 möglich ist. Ein Unterschied besteht im vorliegenden Fall zunächst darin, dass die Anzahl der Lichtquellen in dem Leuchtmittelmodul 220 geringer ist und hier lediglich 16 Lichtquellen zum Einsatz kommen, welche auf vier Leuchtmittelbaugruppen verteilt sind.
Der grundsätzliche Aufbau der Leuchtmittelbaugruppen ist wiederum identisch zu demjenigen der Leuchte gemäß den Figuren 1 und 2, wobei nunmehr allerdings keine asymmetrische Lichtverteilung angestrebt wird, sondern stattdessen das Licht eher konzentriert auf einen bestimmten Bereich abgegeben werden soll. Dies hat zur Folge, dass bei der Leuchte gemäß Figur 14 die Leuchtmittelbaugruppen anders gestaltete Linsen aufweisen. Insbesondere kommen hier nun Linsen zum Einsatz, wie sie in den Figuren 15 und 16 dargestellt sind.
Diese Linsen 60 weisen wiederum einen kegelstumpfartigen Kollimatorabschnitt 61 auf, der eine der Lichtquelle zugewandte Ausnehmung 62 aufweist, deren Boden und Mantelfläche die Lichteintrittsfläche der Linse bildet. Im Gegensatz zu den Linsen 10 der Figuren 10-13 ist nunmehr allerdings kein fresnel-artiger Lichtabstrahlbereich 15 erforderlich, durch den das Licht asymmetrisch abgegeben wird. Stattdessen wird der Lichtaustrittsbereich 65 der Linse 60 der Figuren 15 und 16 durch eine plane
Oberfläche gebildet, über die das durch den Kollimator 61 gebündelte Licht abgegeben wird. Letztendlich hat dies zur Folge, dass die Lichtabgabe parallel zur Rotationsachse des Kollimators 61 erfolgt, wobei auch in diesem Fall die primäre Lichtabgabe der Linse 60 nachfolgend durch den Reflektor nicht oder nur sehr geringfügig beeinflusst wird.
Im Bodenbereich des Kollimators 61 ist nunmehr ein plattenförmiges Halteteil 67 vorgesehen, welches eine definierte Positionierung der Linse 60 auf dem
Trägerelement der Leuchtmittelbaugruppe ermöglicht. Im montierten Zustand der Leuchtmittelbaugruppe 50 endet hierbei der Kollimatorbereich 61 der Linse 60 mit der zugehörigen Lichtaustrittsfläche im Bereich der bodenseitigen Öffnung 22 des zugehörigen Topfreflektors 20.
Auch bei dieser Variante wird also die Lichtabgabe primär durch die Linse 60 selbst festgelegt, weniger durch den Reflektor 20. Wiederum kann allerdings Streulicht auftreten, welches dazu genutzt wird, die umlaufenden Reflektorwände des topfartigen Reflektors 20 aufzuhellen. Auch in diesem Fall kann deshalb entweder der Reflektor 20 diffus streuend ausgebildet sein oder wie bei der Leuchte der Figuren 1 und 2 zusätzlich innerhalb des Reflektorrasters 30 ein entsprechender Reflektoreinsatz 40 vorgesehen sein. Dabei kann entweder das ohnehin nicht vollständig zu
unterdrückende Streulicht, welches durch die Linse 60 abgegeben wird, genutzt werden. Auch wäre es möglich, gezielt bspw. durch das Einbringen von streuenden Partikeln oder Strukturen im Randbereich der Lichtaustrittsfläche 65 einen geringfügigen Lichtanteil derart abzustrahlen, dass er die Reflektorwände beleuchtet. D.h., auch bei dieser zweiten dargestellten Leuchte 200 kann der vorteilhafte Effekt erzielt werden, dass eine außerhalb des beleuchteten Bereichs befindliche Person ohne Weiteres den Einschaltzustand der Leuchte 200 erkennen kann.
Letztendlich gestattet das erfindungsgemäße Konzept also, Licht äußerst effektiv in einen gewünschten Bereich abzugeben, trotz allem jedoch die sich bislang bei einer starken Lichtlenkung ergebenden Nachteile zu vermeiden. Dabei ist selbstverständlich die Anwendung des erfindungsgemäßen optischen Systems nicht auf Leuchten für den Außenbereich beschränkt, sondern kann bei jeglichen Arten von Leuchten
vorgenommen werden.

Claims

Ansprüche 5
1. Optisches System zum Beeinflussen der Lichtabgabe einer Lichtquelle, aufweisend
• einen topfartigen Reflektor (20), der eine Lichtaustrittsöffnung (21) aufweist,
• eine Linse (10), welche dazu ausgebildet ist, einen ersten Anteil des Lichts über die Lichtaustrittsöffnung (21) des Reflektors (20) in eine durch die Linse (10)O definierte Vorzugsrichtung abzustrahlen,
wobei die Linse (10, 60) ferner dazu ausgebildet ist, einen zweiten Anteil des Lichts seitlich derart abzugeben, dass dieser Anteil auf die Reflektorinnenwand fällt.
2. Optisches System nach Anspruch 1,
5 dadurch gekennzeichnet,
dass die Abgabe des ersten Lichtanteils im Wesentlichen nicht durch den Reflektor (20) beeinflusst wird.
3. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2,
o dadurch gekennzeichnet,
dass die Linse (10, 60) einen der Lichtquelle zugewandten, etwa kegelstumpfartigen Kollimatorbereich (11, 61) aufweist.
4. Optisches System nach Anspruch 3,
5 dadurch gekennzeichnet,
dass der Kollimatorbereich (11, 61) eine Ausnehmung (12, 62) aufweist, deren Mantel- und Bodenfläche eine Lichteintrittsfläche der Linse (10, 60) bilden.
5. Optisches System nach einem der vorherigen Ansprüche,
0 dadurch gekennzeichnet,
dass die Linse (60) ein im Wesentlichen plane Lichtaustrittsfläche (65) aufweist.
6. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
5 dass die durch die Linse (10) definierte Vorzugsrichtung zur Abgabe des ersten
Lichtanteils gegenüber einer senkrecht auf der Ebene der Lichtaustrittsöffnung (21) des Reflektors (20) stehenden Achse geneigt ist.
7. Optisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Lichtaustrittsbereich (15) der Linse (10) eine Fresnel-Struktur (16) aufweist.
8. Optisches System nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass am Umfang der Fresnel-Struktur (16) eine Streustruktur oder Streuflächen (17) ausgebildet ist bzw. sind, über welche die Abgabe des zweiten Lichtanteils erfolgt.
9. Optisches System nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Linse (10) zumindest mit ihrem Lichtaustrittsbereich (15) innerhalb des Reflektors (20) angeordnet ist.
10. Optisches System nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zusätzlich ein in den Reflektor (20) einsetzbarer, ebenfalls topfartiger Einsatz (40) vorgesehen ist, der aus einem transparenten und diffus streuenden Material besteht.
11. Optisches System zum Beeinflussen der Lichtabgabe einer Lichtquelle, aufweisend · einen topfartigen Reflektor (20), der eine Lichtaustrittsöffnung (21) aufweist,
• einen in den Reflektor (20) einsetzbaren, ebenfalls topfartigen Einsatz (40), der aus einem transparenten und diffus streuenden Material besteht.
12. Optisches System nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Außenkontur des Einsatzes (40) der Innenkontur des Reflektors (20) entspricht.
13. Optisches System nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Einsatz (40) eine konstante Wandstärke aufweist.
14. Optisches System nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Einsatz aus PMMA oder PC gebildet ist.
15. Optisches System nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass dieses mehrere Reflektoren (20) aufweist, welche matrixartig angeordnet sind, vorzugsweise einstückig miteinander verbunden sind, und gemeinsam ein Raster (30) bilden.
16. Leuchte mit matrixartig angeordneten Leuchtmitteln, welche insbesondere durch LEDs gebildet sind, sowie einem den Leuchtmitteln zugeordneten optischen System nach einem der vorherigen Ansprüche.
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